JP2010267363A - Semiconductor memory device - Google Patents

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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a semiconductor memory device capable of controlling a current flowing through a magnetic tunnel junction device according to temperature during data reading operation. <P>SOLUTION: The semiconductor memory device includes: a plurality of memory cells for storing data on logic states corresponding to the directions of a current flowing through a first drive line and a second drive line; a current production means that produces a reading current of predetermined magnitude, supplies the current to the plurality of memory cells and produces a variation of the reading current according to the data as a data current; and a current control means that is connected on a current path of the reading current and controls a current amount of the reading current according to temperature information. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、半導体設計技術に関し、特に、磁気トンネル接合素子(Magnetic Tunnel Junction device:MTJ)を用いた半導体メモリ装置に関する。   The present invention relates to a semiconductor design technique, and more particularly to a semiconductor memory device using a magnetic tunnel junction device (MTJ).

一般的に、DRAM(Dynamic Random Access Memory)装置及びSRAM(Static Random Access Memory)装置は揮発性メモリ装置であって、電源が印加されない場合、メモリセルに格納されたデータを失うという欠点がある。したがって、最近では、不揮発性メモリ装置に関する研究が盛んに行われている。不揮発性メモリ装置の中には、磁気メモリ装置の一種であるMRAM(Magnetic Random Access Memory)装置があり、特に、MRAM装置は、不揮発性の特性のみならず、高集積化が可能で、かつ、高速動作及び低電力消費特性を有するので、次世代半導体メモリ装置として注目されている。   Generally, DRAM (Dynamic Random Access Memory) devices and SRAM (Static Random Access Memory) devices are volatile memory devices, and have a drawback in that data stored in memory cells is lost when power is not applied. Therefore, research on nonvolatile memory devices has been actively conducted recently. Among non-volatile memory devices, there is an MRAM (Magnetic Random Access Memory) device, which is a kind of magnetic memory device. In particular, the MRAM device has not only non-volatile characteristics but also high integration, and Since it has high-speed operation and low power consumption characteristics, it is attracting attention as a next-generation semiconductor memory device.

MRAM装置のメモリセルは、外部から印加されるアドレス信号に対応してスイッチング動作を行う1つのトランジスタと、情報を格納する磁気トンネル接合素子(MTJ)とから構成される。磁気メモリ素子の一種である磁気トンネル接合素子(MTJ)は、2つの強磁性体の磁化方向によって磁気抵抗比(Magnet−to−Resistance:MR)が異なるが、MRAM装置は、この磁気抵抗比の変化に応じた電流を感知することで、磁気トンネル接合素子の内部に格納されたデータの論理状態が「1」なのか「0」なのかを判断する。   A memory cell of the MRAM device includes one transistor that performs a switching operation in response to an externally applied address signal, and a magnetic tunnel junction element (MTJ) that stores information. A magnetic tunnel junction element (MTJ), which is a kind of magnetic memory element, has different magnetoresistance ratios (MRs) depending on the magnetization directions of two ferromagnetic materials. By sensing the current corresponding to the change, it is determined whether the logical state of the data stored in the magnetic tunnel junction element is “1” or “0”.

図1は、従来の半導体メモリ装置のメモリセル構造を説明する図である。   FIG. 1 is a diagram for explaining a memory cell structure of a conventional semiconductor memory device.

図1に示すように、メモリセルは、1つのNMOSトランジスタ110と、1つの磁気トンネル接合素子(MTJ)130とから構成される。   As shown in FIG. 1, the memory cell includes one NMOS transistor 110 and one magnetic tunnel junction element (MTJ) 130.

NMOSトランジスタ110は、ソースラインSLと磁気トンネル接合素子130との間にソース・ドレイン経路が形成され、ワードラインWLにゲートが接続され、ワードラインWLの活性化の有無によってターンオン/ターンオフされる。このとき、ワードラインWLは、ローアドレスによって選択される。   In the NMOS transistor 110, a source / drain path is formed between the source line SL and the magnetic tunnel junction element 130, a gate is connected to the word line WL, and the NMOS transistor 110 is turned on / off depending on whether the word line WL is activated. At this time, the word line WL is selected by a row address.

磁気トンネル接合素子130は、自由膜(free layer)132と、トンネル絶縁膜134と、ピンド膜(pinned layer)136とから構成される。ここで、自由膜132は、強磁性体からなり、外部刺激(例えば、磁気トンネル接合素子130を透過する電流)によって磁化方向が変化するが、ピンド膜136は、外部刺激が与えられても磁化方向は変化しない。なお、ピンド膜136は、反強磁性体からなるピンニング膜(図示せず)によって磁化方向が固定され、トンネル絶縁膜134は、例えば、酸化マグネシウム膜(MgO)で形成され得る。   The magnetic tunnel junction element 130 includes a free layer 132, a tunnel insulating film 134, and a pinned layer 136. Here, the free film 132 is made of a ferromagnetic material, and the magnetization direction is changed by an external stimulus (for example, a current passing through the magnetic tunnel junction element 130). However, the pinned film 136 is magnetized even when an external stimulus is applied. The direction does not change. The pinned film 136 has a magnetization direction fixed by a pinning film (not shown) made of an antiferromagnetic material, and the tunnel insulating film 134 can be formed of, for example, a magnesium oxide film (MgO).

このような磁気トンネル接合素子130には、両端にかかる電圧に応じて透過電流(tunneling current)が流れるが、この電流の方向によって自由膜132の磁化方向が決定される。自由膜132の磁化方向がピンド膜136の磁化方向と一致する場合には、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は小さくなり、自由膜132の磁化方向がピンド膜136の磁化方向と一致しない場合には、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は大きくなる。一般的に、自由膜132の磁化方向とピンド膜136の磁化方向とが一致する状態はデータ「0」に相当し、その逆の場合はデータ「1」に相当する。   A tunneling current flows through the magnetic tunnel junction element 130 according to the voltage applied to both ends. The magnetization direction of the free film 132 is determined by the direction of the current. When the magnetization direction of the free film 132 coincides with the magnetization direction of the pinned film 136, the resistance value of the magnetic tunnel junction element 130 decreases, and when the magnetization direction of the free film 132 does not coincide with the magnetization direction of the pinned film 136. The resistance value of the magnetic tunnel junction element 130 increases. Generally, the state in which the magnetization direction of the free film 132 and the magnetization direction of the pinned film 136 coincide with each other corresponds to data “0”, and vice versa.

つまり、ピンド膜136と対をなす自由膜132に所定の大きさ以上の正の電圧を印加して、自由膜132に臨界電流以上の正の電流が流れる場合には、自由膜132の磁化方向とピンド膜136の磁化方向とは一致する。すなわち、データ「0」の書込み動作が行われ、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は小さくなる。これとは逆に、ピンド膜136と対をなす自由膜132に所定の大きさ以上の負の電圧を印加して、自由膜132に臨界電流以上の大きさの負の電流が流れる場合には、自由膜132の磁化方向とピンド膜136の磁化方向とは互いに逆になる。すなわち、データ「1」の書込み動作が行われ、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は大きくなる。   That is, when a positive voltage of a predetermined magnitude or more is applied to the free film 132 paired with the pinned film 136 and a positive current greater than the critical current flows in the free film 132, the magnetization direction of the free film 132 And the magnetization direction of the pinned film 136 coincide with each other. That is, the write operation of data “0” is performed, and the resistance value of the magnetic tunnel junction element 130 becomes small. On the contrary, when a negative voltage greater than a predetermined magnitude is applied to the free film 132 paired with the pinned film 136 and a negative current greater than the critical current flows in the free film 132. The magnetization direction of the free film 132 and the magnetization direction of the pinned film 136 are opposite to each other. That is, the write operation of data “1” is performed, and the resistance value of the magnetic tunnel junction element 130 increases.

図2は、図1に示す磁気トンネル接合素子のトンネル磁気抵抗(Tunnel Magnet−to−Resistance:TMR)特性の温度依存性を示す図である。   FIG. 2 is a diagram showing the temperature dependence of the tunnel magnetoresistance (TMR) characteristics of the magnetic tunnel junction element shown in FIG.

図2に示すように、磁気トンネル接合素子130は、ヒステリシス(hysteresis)を有し、臨界電流以上の大きさの正または負の電流により、抵抗値が小さい状態と、抵抗値が大きい状態との2つの安定した状態を有する。これらの安定した状態は、電圧が印加されなくても維持される。   As shown in FIG. 2, the magnetic tunnel junction element 130 has hysteresis, and has a low resistance value and a high resistance value due to a positive or negative current larger than the critical current. Has two stable states. These stable states are maintained even when no voltage is applied.

一方、磁気トンネル接合素子130の抵抗値は温度に応じて変化する。特に、磁化方向が互いに逆の状態で温度が上昇すると、抵抗値が低くなることが分かる。すなわち、トンネル磁気抵抗特性は温度に応じて変化する。温度に応じて変化するトンネル磁気抵抗特性の変化は、データ「1」および「0」の抵抗値の差を次第に小さくするので、磁気トンネル接合素子130が大きい抵抗値を維持するか小さい抵抗値を維持するかの判断を困難にするという問題を引き起こす。これは、半導体メモリ装置の読出し動作時に、格納されたデータを正確に読出せないという誤動作につながる。   On the other hand, the resistance value of the magnetic tunnel junction element 130 changes according to the temperature. In particular, it can be seen that the resistance value decreases as the temperature rises in the state where the magnetization directions are opposite to each other. That is, the tunnel magnetoresistive characteristics change according to the temperature. The change of the tunnel magnetoresistive characteristic that changes according to the temperature gradually reduces the difference between the resistance values of the data “1” and “0”, so that the magnetic tunnel junction element 130 maintains a large resistance value or a small resistance value. It causes the problem of making it difficult to decide whether to maintain. This leads to a malfunction in which stored data cannot be read accurately during a read operation of the semiconductor memory device.

本発明は、上記の問題を解決するためになされたものであって、その目的は、データの読出し動作時に、磁気トンネル接合素子に流れる電流を温度に応じて制御することが可能な半導体メモリ装置を提供することにある。   The present invention has been made to solve the above problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor memory device capable of controlling the current flowing through the magnetic tunnel junction element according to the temperature during a data read operation. Is to provide.

上記の目的を達成するための本発明の一形態に係る半導体メモリ装置は、第1駆動ライン及び第2駆動ラインに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを格納する複数のメモリセルと、所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成する電流生成手段と、前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、を備える。   In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to an embodiment of the present invention includes a plurality of memory cells that store data in a logic state corresponding to directions of currents flowing through a first drive line and a second drive line; A current generation unit configured to generate a read current of a predetermined magnitude and supply the read current to the plurality of memory cells, and to generate a change amount of the read current according to the data as a data current; and on a current path of the read current Current control means connected to control the amount of the read current according to temperature information.

上記の目的を達成するための本発明の他の形態に係る半導体メモリ装置は、ソースライン及びビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを格納する複数のメモリセルと、所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成するセル電流生成手段と、前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、基準ソースライン及び基準ビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態の基準データを格納する複数の基準メモリセルグループと、所定の大きさの電流を生成して前記複数の基準メモリセルに供給し、前記基準データに対応する基準電流を生成する基準電流生成手段と、前記基準電流生成手段から前記複数の基準メモリセルに供給される前記電流を、前記温度情報に応じて制御する基準電流制御手段と、前記データ電流と前記基準電流とを感知して増幅する感知増幅手段と、を備える。   In order to achieve the above object, a semiconductor memory device according to another embodiment of the present invention includes a plurality of memory cells that store data in a logic state corresponding to the direction of current flowing in a source line and a bit line, and a predetermined size. A read current is generated and supplied to the plurality of memory cells, and a change amount of the read current according to the data is generated as a data current; and connected to a current path of the read current. Current control means for controlling a current amount of the read current according to temperature information, and a plurality of reference memory cell groups for storing reference data of logic states corresponding to directions of currents flowing in the reference source line and the reference bit line, Generating a reference current corresponding to the reference data by generating a current having a predetermined magnitude and supplying the current to the plurality of reference memory cells. And a reference current control means for controlling the current supplied from the reference current generating means to the plurality of reference memory cells according to the temperature information, and detecting and amplifying the data current and the reference current. Sense amplification means.

本発明は、データの読出し動作時に、磁気トンネル接合素子に流れる読出し電流を温度に応じて制御することにより、半導体メモリ装置に備えられる磁気接合素子のトンネル磁気抵抗特性を改善することができる。   The present invention can improve the tunnel magnetoresistance characteristics of the magnetic junction element provided in the semiconductor memory device by controlling the read current flowing through the magnetic tunnel junction element according to the temperature during the data read operation.

本発明によると、磁気接合素子が有するトンネル磁気抵抗特性の温度依存性を改善して、温度が変化しても安定したデータの読出し動作を行うことにより、半導体メモリ装置の信頼性を高めることができる。   According to the present invention, it is possible to improve the reliability of the semiconductor memory device by improving the temperature dependency of the tunnel magnetoresistive characteristic of the magnetic junction element and performing a stable data reading operation even when the temperature changes. it can.

従来の半導体メモリ装置のメモリセル構造を説明する図である。It is a figure explaining the memory cell structure of the conventional semiconductor memory device. 図1に示す磁気トンネル接合素子のトンネル磁気抵抗(TMR)特性の温度依存性を示す図である。It is a figure which shows the temperature dependence of the tunnel magnetoresistive (TMR) characteristic of the magnetic tunnel junction element shown in FIG. 本発明に係る半導体メモリ装置のブロック図である。1 is a block diagram of a semiconductor memory device according to the present invention. 図3に示す制御信号生成部のブロック図である。FIG. 4 is a block diagram of a control signal generation unit shown in FIG. 3. 本発明に係る半導体メモリ装置の回路図であり、図3に示す制御信号生成部を除く部分の回路に対応する。FIG. 4 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to the present invention, corresponding to a circuit of a portion excluding a control signal generation unit shown in FIG.

以下、添付の図面を参照して、本発明の好ましい実施の形態を、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が本発明を実施することができる程度に詳細に説明する。   Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings to such an extent that those skilled in the art to which the present invention pertains can practice the present invention.

図3は、本発明に係る半導体メモリ装置のブロック図である。   FIG. 3 is a block diagram of a semiconductor memory device according to the present invention.

図3に示すように、半導体メモリ装置は、電流生成部310と、電流制御部330と、メモリセルアレイ350とを備える。   As shown in FIG. 3, the semiconductor memory device includes a current generation unit 310, a current control unit 330, and a memory cell array 350.

電流生成部310は、読出し動作用の所定の大きさの読出し電流I_RDを生成して、メモリセルアレイ350に供給する。また、電流生成部310は、読出し電流I_RDの変化量を表すデータ電流I_DATを生成する。ここで、読出し電流I_RDの電流量は、メモリセルアレイ350に格納されているデータに応じて変化し、データ電流I_DATの電流量は、メモリセルアレイ350に格納されているデータに応じて決定される。なお、後述するように、本発明に係る半導体メモリ装置は、このように生成されたデータ電流I_DATと基準電流I_REF(図参照)とを比較して、メモリセルアレイ350に格納されたデータを判断する。   The current generator 310 generates a read current I_RD having a predetermined magnitude for the read operation and supplies the read current I_RD to the memory cell array 350. In addition, the current generator 310 generates a data current I_DAT that represents the amount of change in the read current I_RD. Here, the current amount of the read current I_RD changes according to data stored in the memory cell array 350, and the current amount of the data current I_DAT is determined according to data stored in the memory cell array 350. As will be described later, the semiconductor memory device according to the present invention compares the data current I_DAT thus generated with the reference current I_REF (see the figure) to determine the data stored in the memory cell array 350. .

電流制御部330は、読出し電流I_RDの電流経路上に接続され、温度情報INF_TMPに応じて、メモリセルアレイ350に供給する読出し電流I_RDの電流量を制御する。電流制御部330は、温度情報INF_TMPに対応する電流制御信号CTR_Iを生成する制御信号生成部332と、電流制御信号CTR_Iに応答して読出し電流I_RDの電流量を調整する電流調整部334とを備える。ここで、温度情報INF_TMPは、半導体メモリ装置の外部または内部で生成される信号である。   The current control unit 330 is connected on the current path of the read current I_RD, and controls the amount of read current I_RD supplied to the memory cell array 350 according to the temperature information INF_TMP. The current control unit 330 includes a control signal generation unit 332 that generates a current control signal CTR_I corresponding to the temperature information INF_TMP, and a current adjustment unit 334 that adjusts the amount of read current I_RD in response to the current control signal CTR_I. . Here, the temperature information INF_TMP is a signal generated outside or inside the semiconductor memory device.

メモリセルアレイ350は磁気トンネル接合素子を備え、ソースラインSLおよびビットラインBLに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを、磁気トンネル接合素子に格納する。メモリセルアレイ350に関するデータの書込み動作及び読出し動作は、図5で詳細に説明する。   The memory cell array 350 includes a magnetic tunnel junction element, and stores data in a logic state corresponding to the direction of current flowing through the source line SL and the bit line BL in the magnetic tunnel junction element. Data write and read operations related to the memory cell array 350 will be described in detail with reference to FIG.

図4は、図3に示す制御信号生成部332のブロック図である。   FIG. 4 is a block diagram of the control signal generator 332 shown in FIG.

図4に示すように、制御信号生成部332は、複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnを生成する電圧生成部410と、温度情報INF_TMPに対応する選択信号SEL<0:N>(ここで、Nは自然数であり、例えばN=n)を生成する選択信号生成部430と、選択信号SEL<0:N>に応じて複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnのいずれか1つを電流制御信号CTR_Iとして出力する多重化部450とを備える。   4, the control signal generation unit 332 includes a voltage generation unit 410 that generates a plurality of bias voltages V_BIAS0, V_BIAS1,... V_BIASn, and a selection signal SEL <0: N> corresponding to the temperature information INF_TMP (here, , N is a natural number, for example, N = n) and a selection signal generation unit 430 generates a current from any one of a plurality of bias voltages V_BIAS0, V_BIAS1,. And a multiplexing unit 450 that outputs the control signal CTR_I.

ここで、複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnは、それぞれが互いに異なる電圧レベルを有し、選択信号SEL<0:N>は、温度情報INF_TMPに応じて互いに異なる値を有する。よって、選択信号SEL<0:N>には、複数のバイアス電圧V_BIAS0、V_BIAS1、…V_BIASnのいずれかを選択することが可能である。これにより、制御信号生成部332は、温度情報INF_TMPに対応するバイアス電圧を電流制御信号CTR_Iとして出力することが可能である。   Here, the plurality of bias voltages V_BIAS0, V_BIAS1,... V_BIASn have different voltage levels, and the selection signals SEL <0: N> have different values according to the temperature information INF_TMP. Therefore, it is possible to select any of a plurality of bias voltages V_BIAS0, V_BIAS1,... V_BIASn as the selection signal SEL <0: N>. Thereby, the control signal generation unit 332 can output the bias voltage corresponding to the temperature information INF_TMP as the current control signal CTR_I.

図5は、本発明に係る半導体メモリ装置の回路図である。図5には、図3に示す制御信号生成部332を除く部分に対応する回路図が示されている。   FIG. 5 is a circuit diagram of a semiconductor memory device according to the present invention. FIG. 5 shows a circuit diagram corresponding to a portion excluding the control signal generation unit 332 shown in FIG.

図5に示すように、半導体メモリ装置は、複数のメモリセル510Aと、複数の基準メモリセル510Bと、第1書込み駆動部530A及び第2書込み駆動部530Bと、セル電流生成部550Aと、基準電流生成部550Bと、第1電流調整部570A及び第2電流調整部570Bと、感知増幅部590とを備える。   As shown in FIG. 5, the semiconductor memory device includes a plurality of memory cells 510A, a plurality of reference memory cells 510B, a first write driver 530A and a second write driver 530B, a cell current generator 550A, The current generation unit 550B includes a first current adjustment unit 570A and a second current adjustment unit 570B, and a sense amplification unit 590.

なお、図3において説明したように、本発明に係る半導体メモリ装置は、温度情報INF_TMPに応じて、メモリセルアレイ350に供給する読出し電流I_RDの電流量を制御する。図5に示す半導体メモリ装置では、このような特徴を複数のメモリセル510Aに適用するだけでなく、複数の基準メモリセル510Bにも適用している。つまり、図3の電流生成部310は、図5のセル電流生成部550A及び基準電流生成部550Bに対応し、図3の電流調整部334は、図5の第1電流調整部570A及び第2電流調整部570Bに対応し、メモリセルアレイ350は、複数のメモリセル510A及び複数の基準メモリセル510Bに対応する。   As described with reference to FIG. 3, the semiconductor memory device according to the present invention controls the amount of read current I_RD supplied to the memory cell array 350 according to the temperature information INF_TMP. In the semiconductor memory device shown in FIG. 5, such a feature is applied not only to the plurality of memory cells 510A but also to the plurality of reference memory cells 510B. 3 corresponds to the cell current generation unit 550A and the reference current generation unit 550B in FIG. 5, and the current adjustment unit 334 in FIG. 3 includes the first current adjustment unit 570A and the second current adjustment unit 570A in FIG. Corresponding to the current adjustment unit 570B, the memory cell array 350 corresponds to a plurality of memory cells 510A and a plurality of reference memory cells 510B.

以下、図5の各構成要素について説明する。   Hereinafter, each component in FIG. 5 will be described.

複数のメモリセル510Aは、データを格納するためのものであり、図1に示すような、それぞれのアドレス信号に対応してスイッチング動作を行うNMOSトランジスタNMと、データを格納する磁気トンネル接合素子MTJとをそれぞれ備える。複数のメモリセル510Aの各々は、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnに対応し、ソースラインSLとビットラインBLとの間に接続される。複数のメモリセル510Aに関するデータの書込み動作及び読出し動作については後述する。   The plurality of memory cells 510A are for storing data. As shown in FIG. 1, an NMOS transistor NM that performs a switching operation in response to each address signal, and a magnetic tunnel junction element MTJ that stores data are used. Are provided. Each of the plurality of memory cells 510A corresponds to the plurality of word lines WL0, WL1,... WLn, and is connected between the source line SL and the bit line BL. Data write and read operations related to the plurality of memory cells 510A will be described later.

第1書込み駆動部530Aは、ソースライン駆動部530A_1及びビットライン駆動部530A_2を備え、データに応じてソースラインSLとビットラインBLとを駆動する。   The first write driver 530A includes a source line driver 530A_1 and a bit line driver 530A_2, and drives the source line SL and the bit line BL according to data.

ここで、ソースライン駆動部530A_1は、データに応答してソースラインSLをコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動し、ビットライン駆動部530A_2は、データに応答してビットラインBLをコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動する。   Here, the source line driver 530A_1 drives the source line SL with the core voltage VCORE or the ground voltage VSS in response to data, and the bit line driver 530A_2 sends the bit line BL with the core voltage VCORE in response to data. It is driven by the ground voltage VSS.

以下、複数のメモリセル510Aに関するデータの書込み動作を説明する。説明の便宜上、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnのうち、書込み動作を行うメモリセルに対応するいずれか1つのワードラインが活性化される場合を説明する。ビットライン選択信号BSは書込み動作時に活性化されるので、ビットラインBLは、ビットライン駆動部530A_2によって駆動され得る。   Hereinafter, a data write operation related to the plurality of memory cells 510A will be described. For convenience of explanation, a case will be described in which any one of the plurality of word lines WL0, WL1,... WLn corresponding to the memory cell performing the write operation is activated. Since the bit line selection signal BS is activated during the write operation, the bit line BL can be driven by the bit line driver 530A_2.

まず、データ「1」の書込み動作時には、ソースライン駆動部530A_1は、ソースラインSLをコア電圧VCOREで駆動し、ビットライン駆動部530A_2は、ビットラインBLを接地電圧VSSで駆動する。したがって、電流は、ソースラインSLから磁気トンネル接合素子MTJを経てビットラインBLに流れ、図1を参照して説明したように、メモリセルにはデータ「1」が格納される。   First, at the time of writing data “1”, the source line driver 530A_1 drives the source line SL with the core voltage VCORE, and the bit line driver 530A_2 drives the bit line BL with the ground voltage VSS. Therefore, a current flows from the source line SL to the bit line BL through the magnetic tunnel junction element MTJ, and data “1” is stored in the memory cell as described with reference to FIG.

次に、データ「0」の書込み動作時には、ソースライン駆動部530A_1は、ソースラインSLを接地電圧VSSで駆動し、ビットライン駆動部530A_2は、ビットラインBLをコア電圧VCOREで駆動する。したがって、電流は、ビットラインBLから磁気トンネル接合素子MTJを経てソースラインSLに流れ、メモリセルにはデータ「0」が格納される。   Next, at the time of writing data “0”, the source line driver 530A_1 drives the source line SL with the ground voltage VSS, and the bit line driver 530A_2 drives the bit line BL with the core voltage VCORE. Therefore, current flows from the bit line BL to the source line SL through the magnetic tunnel junction element MTJ, and data “0” is stored in the memory cell.

一方、複数の基準メモリセル510Bは、基準電流I_REFを生成するためのものであり、複数のメモリセル510Aと類似する構成を有し、1つのワードラインに対応して、2つの基準メモリセルがグループ化されて配置される。説明の便宜上、複数の基準メモリセル510Bのうち、1つのワードラインに対応する2つの基準メモリセルを「基準メモリセルグループ」と称する。   On the other hand, the plurality of reference memory cells 510B are for generating the reference current I_REF, have a configuration similar to that of the plurality of memory cells 510A, and two reference memory cells correspond to one word line. Arranged in groups. For convenience of explanation, of the plurality of reference memory cells 510B, two reference memory cells corresponding to one word line are referred to as “reference memory cell group”.

通常、半導体メモリ装置を製品化する前には、すべての基準メモリセルグループに備えられる2つの基準メモリセルには、データ「1」データとデータ「0」とが格納されていなければならない。すなわち、各基準メモリセルグループに含まれる2つの基準メモリセルのうち、一方の基準メモリセルは、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHになるべきであり、他方の基準メモリセルは、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLになるべきである。すべての基準メモリセルグループに互いに異なる論理状態のデータ「0」および「1」を格納しなければならない理由は、磁気トンネル接合素子が図2に示す抵抗値の変化特性を有するからである。複数の基準メモリセル510Bは、選択されたメモリセルの抵抗値の変化状態に基づいて、この変化状態に対応する基準電流I_REFを生成できるように、データ「0」とデータ「1」とを格納しなければならない。複数の基準メモリセル510Bに関するデータの書込み動作及び読出し動作は後述する。   In general, before commercializing a semiconductor memory device, data “1” and data “0” must be stored in two reference memory cells provided in all reference memory cell groups. That is, of the two reference memory cells included in each reference memory cell group, one reference memory cell should be a magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value, and the other reference memory cell should have a small resistance. It should be a magnetic tunnel junction element RL having a value. The reason why data “0” and “1” having different logic states must be stored in all the reference memory cell groups is that the magnetic tunnel junction element has the resistance value variation characteristic shown in FIG. The plurality of reference memory cells 510B store data “0” and data “1” so that the reference current I_REF corresponding to the change state can be generated based on the change state of the resistance value of the selected memory cell. Must. Data write and read operations related to the plurality of reference memory cells 510B will be described later.

第2書込み駆動部530Bは、第1ライン駆動部530B_1及び第2ライン駆動部530B_2を備え、データ「1」およびデータ「0」を複数の基準メモリセル510Bに格納する。   The second write driver 530B includes a first line driver 530B_1 and a second line driver 530B_2, and stores data “1” and data “0” in the plurality of reference memory cells 510B.

ここで、第1ライン駆動部530B_1は、格納するデータに応じて基準ソースラインREF_SLをコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動し、第2ライン駆動部530B_2は、格納するデータに応じて第1基準ビットラインREF_BL1及び第2基準ビットラインREF_BL2をコア電圧VCOREまたは接地電圧VSSで駆動する。   Here, the first line driver 530B_1 drives the reference source line REF_SL with the core voltage VCORE or the ground voltage VSS according to the stored data, and the second line driver 530B_2 receives the first reference according to the stored data. The bit line REF_BL1 and the second reference bit line REF_BL2 are driven by the core voltage VCORE or the ground voltage VSS.

以下、基準メモリセル510Bに関するデータの書込み動作を説明する。説明の便宜上、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnのうち、いずれか1つのワードラインが活性化される場合を説明する。   Hereinafter, a data write operation related to the reference memory cell 510B will be described. For convenience of explanation, a case will be described in which any one of the plurality of word lines WL0, WL1,... WLn is activated.

まず、データ「1」の書込み動作時には、第1駆動制御信号REF_Hが論理ハイになり、第1NMOSトランジスタNM1がターンオンされる。この状態で、第1ライン駆動部530B_1は、基準ソースラインREF_SLをコア電圧VCOREで駆動し、第2ライン駆動部530B_2は、第1基準ビットラインREF_BL1を接地電圧VSSで駆動する。したがって、電流は、基準ソースラインREF_SLから磁気トンネル接合素子RHを経て第1基準ビットラインREF_BL1に流れ、磁気トンネル接合素子RHにはデータ「1」が格納される。すなわち、磁気トンネル接合素子RHは大きい抵抗値を有する。   First, during the data “1” write operation, the first drive control signal REF_H becomes logic high, and the first NMOS transistor NM1 is turned on. In this state, the first line driver 530B_1 drives the reference source line REF_SL with the core voltage VCORE, and the second line driver 530B_2 drives the first reference bit line REF_BL1 with the ground voltage VSS. Accordingly, the current flows from the reference source line REF_SL through the magnetic tunnel junction element RH to the first reference bit line REF_BL1, and data “1” is stored in the magnetic tunnel junction element RH. That is, the magnetic tunnel junction element RH has a large resistance value.

次に、データ「0」の書込み動作時には、第2駆動制御信号REF_Lが論理ハイになり、第2NMOSトランジスタNM2がターンオンされる。この状態で、第1ライン駆動部530B_1は、基準ソースラインREF_SLを接地電圧VSSで駆動し、第2ライン駆動部530B_2は、第2基準ビットラインREF_BL2をコア電圧VCOREで駆動する。したがって、電流は、第2基準ビットラインREF_BL2から磁気トンネル接合素子RLを経て基準ソースラインREF_SLに流れ、磁気トンネル接合素子RLにはデータ「0」が格納される。すなわち、磁気トンネル接合素子RLは小さい抵抗値を有する。   Next, during the write operation of data “0”, the second drive control signal REF_L becomes logic high, and the second NMOS transistor NM2 is turned on. In this state, the first line driver 530B_1 drives the reference source line REF_SL with the ground voltage VSS, and the second line driver 530B_2 drives the second reference bit line REF_BL2 with the core voltage VCORE. Accordingly, the current flows from the second reference bit line REF_BL2 to the reference source line REF_SL through the magnetic tunnel junction element RL, and data “0” is stored in the magnetic tunnel junction element RL. That is, the magnetic tunnel junction element RL has a small resistance value.

複数の基準メモリセル510Bは、この動作により、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHと、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLとを有する。つまり、1つのワードラインに対応する基準メモリセルグループにデータ「1」および「0」を格納するためには、1つのワードラインが活性化されて、第1駆動制御信号REF_H及び第2駆動制御信号REF_Lによって格納先の基準メモリセルを選択した後、第1ライン駆動部530B_1及び第2ライン駆動部530B_2が動作しなければならない。その後、他の基準メモリセルグループにデータ「1」および「0」を格納するためには、格納先の基準メモリセルに対応するワードライン毎に上記の動作を繰り返す。   By this operation, the plurality of reference memory cells 510B have the magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and the magnetic tunnel junction element RL having a small resistance value. That is, in order to store data “1” and “0” in the reference memory cell group corresponding to one word line, one word line is activated and the first drive control signal REF_H and the second drive control are activated. The first line driver 530B_1 and the second line driver 530B_2 must operate after selecting the reference memory cell to be stored by the signal REF_L. Thereafter, in order to store data “1” and “0” in another reference memory cell group, the above operation is repeated for each word line corresponding to the reference memory cell of the storage destination.

セル電流生成部550Aは、カレントミラー(current mirror)回路で構成され、複数のメモリセル510Aのうち、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnによって選択されたメモリセルに対応するデータ電流I_DATを生成する。ここで、セル電流生成部550Aは、データ電流I_DATのみならず、読出し電流I_RDも生成するが、カレントミラー構造により、読出し動作時における読出し電流I_RDの変化量はデータ電流I_DATに反映される。   The cell current generator 550A includes a current mirror circuit, and generates a data current I_DAT corresponding to a memory cell selected by a plurality of word lines WL0, WL1,... WLn among the plurality of memory cells 510A. To do. Here, the cell current generation unit 550A generates not only the data current I_DAT but also the read current I_RD, but due to the current mirror structure, the amount of change in the read current I_RD during the read operation is reflected in the data current I_DAT.

基準電流生成部550Bは、複数のワードラインWL0、WL1、…WLnによって選択された基準メモリセルグループに対応する基準電流I_REFを生成する。ここで、基準電流I_REFの電流量は、選択された基準メモリセルグループに流れる電流量の約半分である。すなわち、基準電流I_REFは、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHに流れる電流量と、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLに流れる電流量とを合わせた量の半分の電流量を有する。   The reference current generator 550B generates a reference current I_REF corresponding to the reference memory cell group selected by the plurality of word lines WL0, WL1,. Here, the current amount of the reference current I_REF is about half of the amount of current flowing through the selected reference memory cell group. That is, the reference current I_REF has a current amount that is half of the sum of the amount of current flowing through the magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and the amount of current flowing through the magnetic tunnel junction element RL having a small resistance value.

なお、セル電流生成部550A及び基準電流生成部550Bは、読出し動作時に活性化される電流供給制御信号CSEに応答してイネーブルされる。   Note that the cell current generator 550A and the reference current generator 550B are enabled in response to a current supply control signal CSE that is activated during a read operation.

第1電流調整部570Aは、電流制御信号CTR_Iをゲート入力とする第3NMOSトランジスタNM3を備え、電流制御信号CTR_Iに応答して、セル電流生成部550Aで生成される読出し電流I_RDの電流量を調整し、これを複数のメモリセル510Aに伝達する。ここで、第1電流調整部570Aは、セル電流生成部550Aと複数のメモリセル510Aとの間にソース・ドレイン経路を形成する。本発明に係る半導体メモリ装置において、電流制御信号CTR_Iの電圧レベルは、温度情報INF_TMPに応じて決定される。これはつまり、読出し電流I_RDが温度に応じて制御可能であることを意味する。   The first current adjustment unit 570A includes a third NMOS transistor NM3 that receives the current control signal CTR_I as a gate input, and adjusts the amount of read current I_RD generated by the cell current generation unit 550A in response to the current control signal CTR_I. This is transmitted to the plurality of memory cells 510A. Here, the first current adjustment unit 570A forms source / drain paths between the cell current generation unit 550A and the plurality of memory cells 510A. In the semiconductor memory device according to the present invention, the voltage level of the current control signal CTR_I is determined according to the temperature information INF_TMP. This means that the read current I_RD can be controlled according to the temperature.

第2電流調整部570Bは、基準電流生成部550Bと複数の基準メモリセル510Bとの間に接続された第4NMOSトランジスタNM4および第5NMOSトランジスタNM5を備える。第2電流調整部570Bは、電流制御信号CTR_Iに応答して、基準電流生成部550Bで生成される電流を調整し、これを複数の基準メモリセル510Bに伝達する。ここで、第4NMOSトランジスタNM4は、基準電流生成部550Bと第1基準ビットラインREF_BL1との間にソース・ドレイン経路を形成し、電流制御信号CTR_Iをゲート入力とし、第5NMOSトランジスタNM5は、基準電流生成部550Bと第2基準ビットラインREF_BL2との間にソース・ドレイン経路を形成し、電流制御信号CTR_Iをゲート入力とする。第2電流調整部570Bは、第1電流調整部570Aと同じように、複数の基準メモリセル510Bに流す電流量を、温度に応じて制御することができる。   The second current adjustment unit 570B includes a fourth NMOS transistor NM4 and a fifth NMOS transistor NM5 connected between the reference current generation unit 550B and the plurality of reference memory cells 510B. The second current adjustment unit 570B adjusts the current generated by the reference current generation unit 550B in response to the current control signal CTR_I and transmits this to the plurality of reference memory cells 510B. Here, the fourth NMOS transistor NM4 forms a source / drain path between the reference current generator 550B and the first reference bit line REF_BL1, receives the current control signal CTR_I as a gate input, and the fifth NMOS transistor NM5 A source / drain path is formed between the generator 550B and the second reference bit line REF_BL2, and the current control signal CTR_I is used as a gate input. Similar to the first current adjustment unit 570A, the second current adjustment unit 570B can control the amount of current flowing through the plurality of reference memory cells 510B according to the temperature.

感知増幅部590は、データ電流I_DATと基準電流I_REFとを感知して増幅する。すなわち、感知増幅部590は、選択されたワードラインに対応する基準メモリセルグループの基準電流I_REFと、選択されたワードラインに対応するメモリセルのデータに応じて変化するデータ電流I_DATとを受信し、これら基準電流I_REFとデータ電流I_DATとを比較して、比較結果を出力する。これにより、半導体メモリ装置は、メモリセルに格納されたデータの論理状態を判断することができる。   The sense amplifier 590 senses and amplifies the data current I_DAT and the reference current I_REF. That is, the sense amplifier 590 receives the reference current I_REF of the reference memory cell group corresponding to the selected word line and the data current I_DAT that changes according to the data of the memory cell corresponding to the selected word line. The reference current I_REF and the data current I_DAT are compared, and the comparison result is output. Thereby, the semiconductor memory device can determine the logical state of the data stored in the memory cell.

以下、複数のメモリセル510Aに関するデータの読出し動作を説明する。説明の便宜上、第1ワードラインWL1が活性化される場合を説明する。読出し動作時には、読出し活性化信号RDも活性化される。   Hereinafter, a data read operation related to the plurality of memory cells 510A will be described. For convenience of explanation, a case where the first word line WL1 is activated will be described. During the read operation, the read activation signal RD is also activated.

まず、第1ワードラインWL1が活性化されると、メモリセル510A内の該当するNMOSトランジスタNMがターンオンされ、メモリセル510A内の該当する磁気トンネル接合素子MTJに格納されているデータに応じて、セル電流生成部550Aにおいて生成される読出し電流I_RDの電流量が決定される。ここで、磁気トンネル接合素子に格納されているデータが「1」であれば、磁気トンネル接合素子の抵抗値が大きいことを意味し、読出し電流I_RDは小さくなる。磁気トンネル接合素子に格納されているデータが「0」であれば、磁気トンネル接合素子の抵抗値が小さいことを意味し、読出し電流I_RDは大きくなる。本発明では、このような読出し電流I_RDを、温度情報INF_TMPに対応する電流制御信号CTR_Iの電圧に応じて再調整する。次に、読出し電流I_RDの電流量はデータ電流I_DATに反映され、データ電流I_DATは、感知増幅部590に伝達される。なお、セル選択信号YIは、カラムアドレスに対応して活性化される。   First, when the first word line WL1 is activated, the corresponding NMOS transistor NM in the memory cell 510A is turned on, and according to the data stored in the corresponding magnetic tunnel junction element MTJ in the memory cell 510A, The amount of read current I_RD generated in cell current generation unit 550A is determined. Here, if the data stored in the magnetic tunnel junction element is “1”, it means that the resistance value of the magnetic tunnel junction element is large, and the read current I_RD becomes small. If the data stored in the magnetic tunnel junction element is “0”, it means that the resistance value of the magnetic tunnel junction element is small, and the read current I_RD becomes large. In the present invention, the read current I_RD is readjusted according to the voltage of the current control signal CTR_I corresponding to the temperature information INF_TMP. Next, the current amount of the read current I_RD is reflected in the data current I_DAT, and the data current I_DAT is transmitted to the sense amplifier 590. The cell selection signal YI is activated corresponding to the column address.

一方、第1ワードラインWL1が活性化されると、基準メモリセルグループ内の該当する2つのNMOSトランジスタがターンオンされ、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHと、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLとを経て、基準ソースラインREF_SLに電流が流れる。これにより、第1ワードラインWL1に対応して配置された、抵抗値の大きい磁気トンネル接合素子RHと抵抗値の小さい磁気トンネル接合素子RLとを介して電流が流れ、基準電流生成部550Bは、大きい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RHに流れる電流量と、小さい抵抗値を有する磁気トンネル接合素子RLに流れる電流量とを合わせた量の約半分の電流量を有する基準電流I_REFを生成する。本発明では、複数の基準メモリセル510Bに供給される電流量を、電流制御信号CTR_Iの電圧に応じて制御可能である。なお、基準セル活性化信号YREFは、読出し動作時に活性化されて、基準電流I_REFを感知増幅部590に伝達する。   On the other hand, when the first word line WL1 is activated, two corresponding NMOS transistors in the reference memory cell group are turned on, and a magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and a magnetic tunnel junction having a small resistance value. A current flows through the reference source line REF_SL through the element RL. As a result, a current flows through the magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and the magnetic tunnel junction element RL having a small resistance value, which are arranged corresponding to the first word line WL1, and the reference current generator 550B A reference current I_REF having a current amount that is approximately half of the sum of the current amount flowing through the magnetic tunnel junction element RH having a large resistance value and the current amount flowing through the magnetic tunnel junction element RL having a small resistance value is generated. In the present invention, the amount of current supplied to the plurality of reference memory cells 510B can be controlled according to the voltage of the current control signal CTR_I. The reference cell activation signal YREF is activated during a read operation, and transmits the reference current I_REF to the sense amplifier 590.

次に、感知増幅部590は、第1ワードラインWL1に対応して選択されたメモリセル510Aのデータ電流I_DATと、第1ワードラインWL1に対応して選択された抵抗値の大きい磁気トンネル接合素子RH及び抵抗値の小さい磁気トンネル接合素子RLの基準電流I_REFとを感知して、それらの差を増幅する。半導体メモリ装置は、上記した動作過程によって読出し動作を行う。   Next, the sense amplifying unit 590 includes a data tunneling element having a large resistance value selected corresponding to the data current I_DAT of the memory cell 510A selected corresponding to the first word line WL1 and the first word line WL1. RH and the reference current I_REF of the magnetic tunnel junction element RL having a small resistance value are sensed, and the difference between them is amplified. The semiconductor memory device performs a read operation through the above-described operation process.

上述のように、本発明に係る半導体メモリ装置は、複数のメモリセル510Aに印加される読出し電流I_RDの電流量を、温度に応じて制御することが可能である。したがって、複数のメモリセル510Aに備えられる磁気トンネル接合素子が図2に示すような温度による抵抗値の変化特性を有しても、読出し電流I_RDの電流量を制御することにより、読出し電流I_RDに温度補償動作が反映され、これにより、データをより明確に判断することが可能である。   As described above, the semiconductor memory device according to the present invention can control the amount of the read current I_RD applied to the plurality of memory cells 510A according to the temperature. Therefore, even if the magnetic tunnel junction elements provided in the plurality of memory cells 510A have the resistance change characteristics due to temperature as shown in FIG. 2, the read current I_RD is controlled by controlling the amount of the read current I_RD. The temperature compensation operation is reflected, so that the data can be determined more clearly.

また、本発明に係る半導体メモリ装置は、複数の基準メモリセル510Bに印加される電流量も、温度に応じて制御することが可能である。したがって、これに対応する基準電流I_REFに温度補償動作を反映することができる。   Further, the semiconductor memory device according to the present invention can also control the amount of current applied to the plurality of reference memory cells 510B according to the temperature. Therefore, the temperature compensation operation can be reflected in the corresponding reference current I_REF.

以上、本発明の技術的思想を上記の実施形態により具体的に説明したが、上記した実施形態は、本発明を説明するためのものであって、本発明を制限するためのものではないことに留意しなければならない。また、本発明の技術分野における通常の専門家であれば、本発明の技術的思想の範囲内で様々な置換、変形及び変更により多様な実施形態が具現可能であることを理解することができる。   The technical idea of the present invention has been specifically described by the above embodiment, but the above embodiment is for explaining the present invention and not for limiting the present invention. You must keep in mind. In addition, a general expert in the technical field of the present invention can understand that various embodiments can be implemented by various substitutions, modifications, and changes within the scope of the technical idea of the present invention. .

それだけでなく、上記の実施形態で例示した論理ゲート及びトランジスタは、入力される信号の論理状態に応じてその位置及び種類が異なるように具現されてもよい。   In addition, the logic gates and transistors exemplified in the above embodiments may be implemented such that their positions and types differ depending on the logic state of the input signal.

310 電流生成部
330 電流制御部
332 制御信号生成部
334 電流調整部
350 メモリセルアレイ
310 current generation unit 330 current control unit 332 control signal generation unit 334 current adjustment unit 350 memory cell array

Claims (15)

第1駆動ライン及び第2駆動ラインに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを格納する複数のメモリセルと、
所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成する電流生成手段と、
前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、
を備えることを特徴とする半導体メモリ装置。
A plurality of memory cells storing logic state data corresponding to directions of currents flowing through the first drive line and the second drive line;
Current generation means for generating a read current of a predetermined magnitude and supplying the read current to the plurality of memory cells, and generating a change amount of the read current according to the data as a data current;
Current control means connected on the current path of the read current and controlling the amount of the read current according to temperature information;
A semiconductor memory device comprising:
前記第1駆動ライン及び前記第2駆動ラインを前記データに対応する電圧で駆動する書込み駆動手段をさらに備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。   2. The semiconductor memory device according to claim 1, further comprising write driving means for driving the first drive line and the second drive line with a voltage corresponding to the data. 前記電流制御手段が、
前記温度情報に対応する電流制御信号を生成する制御信号生成部と、
前記電流制御信号に応答して前記読出し電流の電流量を調整する電流調整部と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。
The current control means is
A control signal generator for generating a current control signal corresponding to the temperature information;
A current adjustment unit that adjusts the amount of the read current in response to the current control signal;
The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
前記電流制御信号が、前記温度情報に対応する電圧レベルを有することを特徴とする請求項3に記載の半導体メモリ装置。   4. The semiconductor memory device according to claim 3, wherein the current control signal has a voltage level corresponding to the temperature information. 前記制御信号生成部が、
前記温度情報に対応する選択信号を生成する選択信号生成部と、
複数のバイアス電圧を生成する電圧生成部と、
前記選択信号に応じて前記複数のバイアス電圧のいずれか1つを前記電流制御信号として出力する多重化部と、
を備えることを特徴とする請求項3に記載の半導体メモリ装置。
The control signal generator is
A selection signal generator for generating a selection signal corresponding to the temperature information;
A voltage generator for generating a plurality of bias voltages;
A multiplexing unit that outputs any one of the plurality of bias voltages as the current control signal in response to the selection signal;
The semiconductor memory device according to claim 3, further comprising:
前記複数のメモリセルの各々が、
アドレス信号に応答してスイッチング動作を行うスイッチング部と、
前記スイッチング部に接続された磁気トンネル接合素子と、
を備えることを特徴とする請求項1に記載の半導体メモリ装置。
Each of the plurality of memory cells is
A switching unit that performs a switching operation in response to an address signal;
A magnetic tunnel junction element connected to the switching unit;
The semiconductor memory device according to claim 1, comprising:
ソースライン及びビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態のデータを格納する複数のメモリセルと、
所定の大きさの読出し電流を生成して前記複数のメモリセルに供給し、前記データに応じた前記読出し電流の変化量をデータ電流として生成するセル電流生成手段と、
前記読出し電流の電流経路上に接続され、温度情報に応じて前記読出し電流の電流量を制御する電流制御手段と、
基準ソースライン及び基準ビットラインに流れる電流の方向に対応する論理状態の基準データを格納する複数の基準メモリセルグループと、
所定の大きさの電流を生成して前記複数の基準メモリセルに供給し、前記基準データに対応する基準電流を生成する基準電流生成手段と、
前記基準電流生成手段から前記複数の基準メモリセルに供給される前記電流を、前記温度情報に応じて制御する基準電流制御手段と、
前記データ電流と前記基準電流とを感知して増幅する感知増幅手段と、
を備えることを特徴とする半導体メモリ装置。
A plurality of memory cells storing logic state data corresponding to the direction of current flowing in the source line and the bit line;
Cell current generating means for generating a read current of a predetermined magnitude and supplying the read current to the plurality of memory cells, and generating a change amount of the read current according to the data as a data current;
Current control means connected on the current path of the read current and controlling the amount of the read current according to temperature information;
A plurality of reference memory cell groups storing reference data of a logic state corresponding to the direction of current flowing in the reference source line and the reference bit line;
A reference current generating means for generating a current of a predetermined magnitude and supplying the current to the plurality of reference memory cells, and generating a reference current corresponding to the reference data;
Reference current control means for controlling the current supplied from the reference current generating means to the plurality of reference memory cells according to the temperature information;
Sensing amplification means for sensing and amplifying the data current and the reference current;
A semiconductor memory device comprising:
前記ソースライン及び前記ビットラインを前記データに対応する電圧で駆動する第1書込み駆動手段と、
前記基準ソースライン及び前記基準ビットラインを前記基準データに対応する電圧で駆動する第2書込み駆動手段と、
をさらに備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。
First write driving means for driving the source line and the bit line with a voltage corresponding to the data;
Second write driving means for driving the reference source line and the reference bit line with a voltage corresponding to the reference data;
The semiconductor memory device according to claim 7, further comprising:
前記電流制御手段及び基準電流制御手段の各々が、
前記温度情報に応じて、前記読出し電流の電流量、もしくは前記複数の基準メモリセルに供給される前記電流の電流量を調整する電流調整部を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。
Each of the current control means and the reference current control means is
The semiconductor device according to claim 7, further comprising: a current adjusting unit that adjusts a current amount of the read current or a current amount supplied to the plurality of reference memory cells according to the temperature information. Memory device.
前記温度情報に対応する電流制御信号を生成して前記電流調整部を制御する制御信号生成部をさらに備えることを特徴とする請求項9に記載の半導体メモリ装置。   The semiconductor memory device of claim 9, further comprising a control signal generation unit that generates a current control signal corresponding to the temperature information and controls the current adjustment unit. 前記電流制御信号が、前記温度情報に対応する電圧レベルを有することを特徴とする請求項10に記載の半導体メモリ装置。   11. The semiconductor memory device according to claim 10, wherein the current control signal has a voltage level corresponding to the temperature information. 前記制御信号生成部が、
前記温度情報に対応する選択信号を生成する選択信号生成部と、
複数のバイアス電圧を生成する電圧生成部と、
前記選択信号に応じて前記複数のバイアス電圧のいずれか1つを前記電流制御信号として出力する多重化部と、
を備えることを特徴とする請求項10に記載の半導体メモリ装置。
The control signal generator is
A selection signal generator for generating a selection signal corresponding to the temperature information;
A voltage generator for generating a plurality of bias voltages;
A multiplexing unit that outputs any one of the plurality of bias voltages as the current control signal in response to the selection signal;
The semiconductor memory device according to claim 10, comprising:
前記複数のメモリセルの各々が、
アドレス信号に応答してスイッチング動作を行うスイッチング部と、
前記スイッチング部に接続された磁気トンネル接合素子と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。
Each of the plurality of memory cells is
A switching unit that performs a switching operation in response to an address signal;
A magnetic tunnel junction element connected to the switching unit;
The semiconductor memory device according to claim 7, comprising:
前記複数の基準メモリセルグループの各々が、
アドレス信号に応答してスイッチング動作を行う第1スイッチング部及び第2スイッチング部と、
前記第1スイッチング部に接続された第1磁気トンネル接合素子と、
前記第2スイッチング部に接続された第2磁気トンネル接合素子と、
を備えることを特徴とする請求項7に記載の半導体メモリ装置。
Each of the plurality of reference memory cell groups is
A first switching unit and a second switching unit that perform a switching operation in response to an address signal;
A first magnetic tunnel junction element connected to the first switching unit;
A second magnetic tunnel junction element connected to the second switching unit;
The semiconductor memory device according to claim 7, comprising:
前記第1磁気トンネル接合素子及び前記第2磁気トンネル接合素子には、互いに異なる論理状態のデータが格納されることを特徴とする請求項14に記載の半導体メモリ装置。   The semiconductor memory device of claim 14, wherein the first magnetic tunnel junction element and the second magnetic tunnel junction element store data of different logic states.
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014175045A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Taiwan Semiconductor Manufactuaring Co Ltd Mram sensing reference trimming method and memory device

Families Citing this family (18)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
KR20110046808A (en) * 2009-10-29 2011-05-06 삼성전자주식회사 Data Read Circuit including Phase Change Memory and apparatuses having same
US8625338B2 (en) * 2010-04-07 2014-01-07 Qualcomm Incorporated Asymmetric write scheme for magnetic bit cell elements
KR101218285B1 (en) * 2011-01-05 2013-01-03 에스케이하이닉스 주식회사 Semiconductor memory device
EP2751807A4 (en) 2011-09-02 2015-02-18 Hewlett Packard Development Co Apparatus to store data and methods to read memory cells
KR101962784B1 (en) 2012-10-09 2019-03-27 삼성전자주식회사 semiconductor memory device having discriminatory read and write operations according to temperature
KR20140108800A (en) 2013-02-28 2014-09-15 에스케이하이닉스 주식회사 Reference column, semiconductor device, processor and system
KR102011138B1 (en) 2013-04-25 2019-10-21 삼성전자주식회사 Current generator for nonvolatile memory device and driving current calibrating method using the same
US9583170B2 (en) * 2015-02-12 2017-02-28 Qualcomm Incorporated Adjusting resistive memory write driver strength based on a mimic resistive memory write operation
IT201600084790A1 (en) * 2016-08-11 2018-02-11 St Microelectronics Srl MEMORY DEVICE FOR PHASE CHANGE, SYSTEM INCLUDING THE MEMORY DEVICE AND METHOD OF OPERATION OF THE PHASE MEMORY CHANGE DEVICE
CN108630266B (en) * 2017-03-24 2022-10-11 铠侠股份有限公司 Storage device and control method thereof
US11037614B2 (en) 2017-07-28 2021-06-15 Intel Corporation Imprint-free write driver for ferroelectric memory
KR102384161B1 (en) * 2017-08-24 2022-04-08 삼성전자주식회사 Memory device configured to prevent read failure due to leakage current into bit line and method of opeerating the same
KR102532204B1 (en) * 2017-09-15 2023-05-16 삼성전자 주식회사 Resistive memory device including reference cell and operating method thereof
US10510393B2 (en) * 2017-09-15 2019-12-17 Samsung Electronics Co., Ltd Resistive memory device including reference cell and operating method thereof
TWI693766B (en) * 2018-04-18 2020-05-11 力旺電子股份有限公司 Electrostatic discharge protection device
US10839879B2 (en) * 2018-09-27 2020-11-17 Taiwan Semiconductor Manufacturing Co., Ltd. Read techniques for a magnetic tunnel junction (MTJ) memory device with a current mirror
US11074968B2 (en) * 2019-11-22 2021-07-27 International Business Machines Corporation Method and system to improve read reliability in memory devices
IT202000020416A1 (en) * 2020-08-25 2022-02-25 St Microelectronics Srl MEMORY DEVICE

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257175A (en) * 2001-12-28 2003-09-12 Nec Corp Semiconductor memory device using tunnel magnetoresistive elements
JP2004273110A (en) * 2003-03-10 2004-09-30 Sharp Corp Temperature-compensated rram circuit
JP2005322352A (en) * 2004-05-11 2005-11-17 Toshiba Corp Magnetic random access memory

Family Cites Families (12)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
FR2801719B1 (en) * 1999-11-30 2002-03-01 St Microelectronics Sa READING DEVICE FOR INTEGRATED CIRCUIT MEMORY
US6646911B2 (en) * 2001-10-26 2003-11-11 Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha Thin film magnetic memory device having data read current tuning function
US6608790B2 (en) 2001-12-03 2003-08-19 Hewlett-Packard Development Company, L.P. Write current compensation for temperature variations in memory arrays
JP2003257192A (en) * 2002-03-06 2003-09-12 Mitsubishi Electric Corp Semiconductor memory device and nonvolatile semiconductor memory device
JP3736483B2 (en) * 2002-03-20 2006-01-18 ソニー株式会社 Magnetic memory device using ferromagnetic tunnel junction element
JP3914869B2 (en) * 2002-12-20 2007-05-16 スパンション インク Nonvolatile memory and rewriting method thereof
US6775186B1 (en) * 2003-07-03 2004-08-10 Tower Semiconductor Ltd. Low voltage sensing circuit for non-volatile memory device
DE102004045207B3 (en) * 2004-09-17 2006-05-04 Infineon Technologies Ag Method and circuit arrangement for reading out a flash / EEPROM memory cell
US7359254B2 (en) * 2005-10-13 2008-04-15 Sigmatel, Inc. Controller for controlling a source current to a memory cell, processing system and methods for use therewith
ITTO20070109A1 (en) * 2007-02-14 2008-08-15 St Microelectronics Srl CIRCUIT AND READING METHOD FOR A NON-VOLATILE MEMORY DEVICE BASED ON THE ADAPTATIVE GENERATION OF AN ELECTRIC REFERENCE SIZE
US7764537B2 (en) * 2007-04-05 2010-07-27 Qualcomm Incorporated Spin transfer torque magnetoresistive random access memory and design methods
JP4739360B2 (en) * 2008-02-21 2011-08-03 キヤノン株式会社 Nonvolatile magnetic thin film memory device

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2003257175A (en) * 2001-12-28 2003-09-12 Nec Corp Semiconductor memory device using tunnel magnetoresistive elements
JP2004273110A (en) * 2003-03-10 2004-09-30 Sharp Corp Temperature-compensated rram circuit
JP2005322352A (en) * 2004-05-11 2005-11-17 Toshiba Corp Magnetic random access memory

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2014175045A (en) * 2013-03-12 2014-09-22 Taiwan Semiconductor Manufactuaring Co Ltd Mram sensing reference trimming method and memory device

Also Published As

Publication number Publication date
CN101887745A (en) 2010-11-17
KR101083302B1 (en) 2011-11-15
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